- •Вступ 6 зм 1. Електричні властивості напівпровідників 9
- •Зм 2. Напівпровідникові прилади 26
- •Зм 3. Електронні пристрої 79
- •Зм 4. Електронні елементи мікропроцесорної техніки 164
- •Зм 1. Електричні властивості напівпровідників
- •1.1. Основи зонної теорії твердого тіла.
- •1.2. Електропровідність напівпровідників.
- •1.2.1. Власна електропровідність напівпровідників
- •1.2.2. Домішкова електропровідність напівпровідників
- •1 .2.3. Ефекти, що пов’язані з електропровідністю напівпровідників
- •1.3. Властивості електронно-діркового переходу.
- •1.3.1. Формування електронно-діркового переходу.
- •1.3.2. Властивості n-p переходу при підключенні зовнішньої напруги
- •1.3.3. Тунельний ефект
- •1.4. Питання для самоперевірки.
- •Зм 2. Напівпровідникові прилади
- •2.1. Напівпровідникові діоди1
- •2.1.1. Випрямляючі діоди
- •2.1.2. Стабілітрони і схеми стабілізації напруги.
- •2.1.3. Варикапи
- •2.1.4. Тунельні діоди
- •2.1.5. Інші види діодів
- •2.2. Біполярні транзистори і їх використання в електронних пристроях
- •2.2.1. Устрій та принцип роботи біполярного транзистора.
- •2.2.2. Режими роботи біполярного транзистора.
- •2.2.3. Схеми включення транзисторів.
- •2.2.4. Вольт-амперні характеристики біполярних транзисторів та режими роботи (на прикладі n-p-n транзисторів).
- •2.2.5. Транзистор як активний чотирьохполюсник.
- •2.3. Уніполярні транзистори.
- •2.4. Тиристори
- •2.5. Питання для самоперевірки.
- •Зм 3. Електронні пристрої
- •3.1. Випрямлячі змінного струму.
- •3.2. Підсилювачі електричних сигналів.
- •3.2.1. Загальна інформація.
- •3.2.2. Характеристики підсилювачів
- •3.2.3. Зворотний зв’язок в підсилювачах.
- •3.2.4. Схеми підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах.
- •3.2.5. Особливості роботи схеми попередніх каскадів підсилювача.
- •3.2.6. Режими роботи підсилюючих елементів.
- •3.2.7. Особливості роботи схеми кінцевого каскаду підсилювача.
- •3.2.8. Складені транзистори.
- •3.2.9. Спеціальні види підсилювачів.
- •3.3. Транзисторні генератори електричних сигналів.
- •3.3.1. Генератори синусоїдальних коливань.
- •3.3.2. Генератори імпульсів складної форми.
- •3.3.2.1. Параметри імпульсів прямокутної форми.
- •3.3.2.2. Мультивібратори.
- •3.3.2.3. Очікуючий мультивібратор або одновібратор.
- •3.3.2.4. Блокінг-генератори.
- •3.3.2.5. Генератори пилкоподібної напруги (гпн).
- •3.3.3. Генератори сигналів на операційних підсилювачах1.
- •3.4. Питання для самоперевірки.
- •Зм 4. Електронні елементи мікропроцесорної техніки
- •4.1. Уявлення про мікропроцесорну техніку, мікропроцесорні засоби і мікропроцесорні системи.
- •4.2. Структура мікропроцесорної системи.
- •4.2.1. Загальне уявлення про мікропроцесорну систему.
- •4.2.2. Мікропроцесорні засоби в системах керування
- •4.3. Елементи математичного апарату цифрової техніки.
- •4.3.1. Системи числення.
- •4.3.2. Фізичне уявлення інформації в мп-системі.
- •4.3.3. Форми представлення чисел.
- •4.3.4. Кодування чисел в мп-системах
- •4.3.5. Поняття булевої змінної та булевої функції
- •4.3.6. Операції та закони булевої алгебри.
- •4.3.7. Функціонально повні системи булевих функцій.
- •4.3.8. Мінімізація булевих функцій.
- •4.4. Цифрові схеми та цифрові автомати.
- •4.4.1. Елементи ртл.
- •4.4.2. Елементи дтл.
- •4.4.3. Елементи ттл.
- •4.4.4. Елементи езл.
- •4.4.5. Інтегральні схеми на моп–транзисторах.
- •4.5. Комбінаційні цифрові пристрої.
- •4.5.1 Дешифратор.
- •4.5.2. Перетворювачі кодів і шифратори.
- •4.5.3. Мультиплексори і демультиплексори.
- •4.5.4. Напівсуматор і суматор.
- •4.6. Послідовнісні пристрої.
- •4.6.1. Тригери.
- •4.6.1.1. Синхронний однотактний rs–тригер.
- •4.6.1.2. Синхронний двотактний rs–тригер.
- •4.6.2. Регістри.
- •4.6.2.1. Прийом і передача інформації в регістрах.
- •4.6.2.2. Схемна реалізація зсуваючого регістру
- •4.6.2.3. Реалізація порозрядних операцій в регістрах.
- •4.6.3. Лічильники.
- •4.6.3.1. Загальне уявлення і класифікація.
- •4.6.3.2. Лічильник з безпосередніми зв’язками з послідовним переносом.
- •4.6.3.3. Лічильник з паралельним переносом.
- •4.6.3.4. Реверсивний лічильник з послідовним переносом.
- •4.6.4. Накопичуючі суматори.
- •4.6.4.1. Однорозрядний накопичуючий суматор.
- •4.6.4.2. Багаторозрядні суматори
- •4.6.5. Електронні елементи пам’яті.
- •4.6.6. Перетворювачі сигналів.
- •4.7. Питання для самоперевірки.
- •Додаток
- •Префікси для кратних одиниць
- •Список рекомендованої літератури
4.3. Елементи математичного апарату цифрової техніки.
Для розуміння роботи електронних елементів МП-систем необхідно усвідомити мету обробки інформації, тобто, в чому полягає саме обробка і перетворення інформації в МП-системі. Тому попередньо ознайомимось із арифметико-логічними основами МП-систем.
4.3.1. Системи числення.
Будь-яка інформація в МПС уявляється в цифровій формі, тобто у вигляді чисел. Від того, яка система числення буде використана в МП-системі, залежать швидкість обчислень, ємність пам’яті, складність алгоритмів виконання арифметичних операцій. Система числення (англ. number (numeration) system, notation) – сукупність способів і засобів запису чисел для проведення підрахунків.
При виборі системи числення враховується залежність довжини числа і кількості стійких станів функціональних елементів (для зображення цифр) від основи системи числення. Наприклад, при десятковій системі числення функціональний елемент повинен мати можливість знаходитись в одному із десяти стійких станів (один стан відповідає 1, другий – 2, третій стан – 3 і т.д.), а при двійковій системі числення – два. Крім того, система числення повинна володіти простотою виконання арифметичних і логічних операцій.
Розрізняють позиційні, змішані і непозиційні типи систем числення.
У позиційних системах числення одна і та ж цифра (числовий символ) у записі числа набуває різних значень залежно від своєї позиції. Кількість символів, що використовуються у записі чисел, визначає основу системи числення. Таким чином, позиція цифри має вагу у числі. Здебільшого вага кожної позиції кратна основі системи числення.
Наприклад, число «сім тисяч сімсот сімдесят сім» у десятковій системі числення представляється у виді: 7777 = 7103 + 7102 + 7101 + 7100, де 103, 102, 101, 100 – вага відповідних розрядів (позицій). Отже, в цьому прикладі хоча цифри однакові, але одна, відповідно позиції, визначає кількість одиниць, друга – кількість десятків, третя – кількість сотень, четверта – кількість тисяч.
Використовуючи позиційний принцип, можна зобразити будь-яке дійсне число в десятковій системі числення за допомогою усього лиш десяти цифр у їх різних комбінаціях.
Найвідомішим прикладом змішаної системи числення є представлення часу у вигляді кількості діб, годин, хвилин і секунд. При цьому величина (d днів h годин m хвилин s секунд) відповідає значенню d246060 + h6060 + m60 + s [секунд.].
У непозиційних системах числення величина, яку позначає цифра, не залежить від позиції її у числі. При цьому система може накладати обмеження на позиції цифр, наприклад, щоб вони були розташовані по спаданню, чи згруповані за значенням. Типовим прикладом непозиційної системи числення є римська система числення, в якій у якості цифр використовуються латинські букви: 1 – I, 5 – V, 10 – X, 50 – L, 100 – C, 500 – D, 1000 – M.
Позиційна десяткова система числення, звична для нас в повсякденному житті, не є найкращою для використання в МП-системах. Це пояснюється тим, що відомі на час створення функціональні елементи з десятьма стійкими станами (зокрема, декатрони1 і ін.) мають низьку швидкість перемикання і, таким чином, не можуть задовольняти вимогам по швидкодії. Тому в більшості випадків в МП-системах використовують двійкові і двійково-кодовані системи числення. Широке поширення цих систем зумовлене тим, що елементи МП-систем найкраще здатні знаходитися лише в одному з двох стійких станів. Наприклад, транзистор в ключовому режимі може бути у відкритому або закритому стані, а отже, мати на виході високу або низьку напругу. Такі елементи, як зазначалось раніше, прийнято називати двопозиційними. Якщо один з стійких станів елемента прийняти за 0, а інший – за 1, то досить просто зображуються значення розрядів двійкового числа.
Арифметичні операції над двійковими числами відрізняються простотою і легкістю технічного виконання. Приклади:
Додавання :
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 10 – відбувається перенесення одиниці в старший розряд
Віднімання :
0 – 0 = 0
1 – 0 = 1
1 – 1 = 0
10 – 1 = 1 – відбувається позичання одиниці в старшому розряді
Множення :
0 0 = 0
0 1 = 0
1 0 = 0
1 1 = 1
В двійково-кодованих системах числення кожна цифра десяткового числа уявляється в двійковій системі числення.
16-кова і 8-кова системи числення є допоміжними системами при візуалізації запису. Зручність їх використання в тому, що запис числа коротший, а перетворення числа (“ 2 ” “ 8 ”, “ 2 ” ” 16 ”) нескладне – кожна цифра 8- або 16-кового числа записується як двійкове число відповідно наведеній таблиці 4.1.
При записі двійкового числа у 16-ковій (8-ковій) системі числення число розбивається ліворуч і праворуч від коми на четвірки (трійки) цифр і кожна тетрада (тріада) двійкових цифр записується як одна 16-кова (8-кова) цифра.
Приклади:
1010 0101,0010 10112 A5,2B16.
001 010 011,101 1102 123,568,
тобто замість довгого ланцюжка нулів і одиниць використовується еквівалентне коротке представлення.
Вісімкова система числення, як допоміжна, використовувалась в комп’ютерах першої та другої генерації, в яких кількість розрядів у двійкових словах (довжина слова) була кратна трьом.
Таблиця 4.1.
Таблиця відповідності 16- та 8-кових цифр і двійкових комбінацій.
16-кова цифра |
2-кова комбінація |
16-кова цифра |
2-кова комбінація |
|
8-кова цифра |
2-кова комбінація |
0 |
0000 |
8 |
1000 |
|
0 |
000 |
1 |
0001 |
9 |
1001 |
|
1 |
001 |
2 |
0010 |
A |
1010 |
|
2 |
010 |
3 |
0011 |
B |
1011 |
|
3 |
011 |
4 |
0100 |
C |
1100 |
|
4 |
100 |
5 |
0101 |
D |
1101 |
|
5 |
101 |
6 |
0110 |
E |
1110 |
|
6 |
110 |
7 |
0111 |
F |
1111 |
|
7 |
111 |